含钒石煤选择性脱泥富集钒的试验研究.pdf

2 0 1 5 年第6 期有色套属 选矿部分 4 l d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 ．9 4 9 2 ．2 0 1 5 ．0 6 ．0 1 0 含钒石煤选择性脱泥富集钒的试验研究 刘翔，张一敏，包中旭，任浏袢，刘春 武汉理工大学资源与环境工程学院，武汉4 3 0 0 7 0 摘要含钒石煤，经焙烧脱碳后，在磨矿过程中会产生大量的原生及次生矿泥，这些矿泥的存在，在浮选过程中会消耗大 量浮选药剂。增加选矿成本，并降低选矿指标。针对湖北通山含钒石煤进行了选择性脱泥富集钒的试验研究，在用2 0 ％H 2 , 5 0 4 溶液调节p H 为9 ．O ，六偏磷酸钠的用量为1 ．0k g ／t 条件下，得到了V 2 0 5 的品位为1 ．0 7 ％。产率为1 0 ．9 1 ％的矿泥产品。 关键词含钒石煤；选择性脱泥；富集钒 中圈分类号T D 9 5 4文献标志码A文章编号1 6 7 1 - ．9 4 9 2 2 0 1 5 0 6 - 0 0 4 1 - 0 4 E x p e r i m e n t a lR e s e a r c ho nS e l e c t i v eD e s i h n i n go fV a n a d i u m n e a r i n gS t o n eC o a lO r e H UX i a n g ，Z H A N GY i m i n ，B A OS h e n x u ，P E N 厶叫，L I Uc h u n C o l l e g eo fR e s o u r c e sa n dE n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g ，W u h a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，W u h a n4 3 0 0 7 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h ev a n a d i u mb e a r i n gs t o n ec o a lo r e ，a f t e rr o a s t i n gd e c a r b o n i z a t i o n ，w i l lp r o d u c eal a r g en u m b e r o fp r i m a r ya n ds e c o n d a r ys l u d g ei nt h eg r i n d i n gp r o c e s s ，r e s u l t i n gi nc o n s u m i n gal a r g ea m o u n to ff l o t a t i o nr e a g e n t s i nf l o t a t i o np r o c e s s ，i n c r e a s i n gt h ep r o c e s s i n gc o s t sa n dr e d u c i n gt h ed r e s s i n gt a r g e t s ．I nt h i sp a p e r ，t h es e l e c t i v e d e w i n go fv a n a d i u mb e a r i n gs t o n ec o a lO r ef r o mH u b e iT o n g s h a nW a ss t u d i e d ．U n d e rt h ec o n d i t i o n so fr e 枷n g p Ht o9 ．0b yu s i n gH 2 S 0 4 ，a n dt h ea m o u n to fs o d i u mh e x a m e t a p h o s p h a t ei s1 ．0k s ／t ，t h ed e s l i m i n gp r o d u c t i o nw i t h y i e l do f1 0 ．9 1 ％a n dV 2 0 5 删eo f1 ．0 7 ％C a nb eo b t a i n e d ． K e yw o r d s v a n a d i u m ．b e a r i n gs t o n ec o a l ；s e l e c t i v ed e s l i m i n g ；e n r i c h m e n to fv a n s d i u n l 石煤是我国特有的一种含钒资源，钒在石煤中 的总含量约占我国钒储量的8 7 ％以上⋯。目前，从 石煤中提取五氧化二钒多采用湿法冶金工艺嶂J ，但 由于含钒石煤矿石性质复杂、钒品位低、钒赋存状态 多样【3J ，提钒时存在酸碱等辅助原料消耗大、环境污 染严重、提钒成本高等问题HJ 。因此，在湿法提钒前 对石煤进行选矿预富集已成为目前研究的热点。 湖北通山含钒石煤，钒主要赋存于细粒级的云 母类矿物中，其组成矿物主要为石英、煤、黄铁矿和 方解石，其次为长石和高岭石等黏土矿物，经焙烧脱 碳后，黄铁矿氧化成赤铁矿，又由于高岭石等黏土矿 物的存在，磨矿过程易泥化。在浮选过程中，这些原 生及次生矿泥会消耗大量化学药剂“ J ，且会无选择 表l ’I 址l el 性吸附于矿物表面形成矿泥罩盖，显著降低选矿指 标，增加选矿成本‘6 | 。因此，本实验针对湖北通山含 钒石煤矿进行了选择性脱泥富集钒的试验研究，取 得了较好的试验结果。 l 试验矿样 石煤矿石取自湖北通山，经破碎筛分，制成一3 m m 粒级供试验用，矿物颗粒的平均粒径分析见表 l 。原矿的x 光衍射分析结果表明，矿石中主要矿物 为石英，含量为3 7 ％，其次为云母，含量为1 5 ％、方 解石，含量为l l ％、黄铁矿，含量为7 ％，另有少量长 石和高岭石等矿物。原矿的X R D 图谱见图1 ，多元 素分析结果见表2 。 石煤原矿平均粒径分析结果 A v e r a g ep a r t i c l es i z eo ft h es t o n ec o a lO r e ／I x m 基金项目”十二五”国家科技支撑计划重点项目 2 0 1 I B A B 0 5 8 0 1 投稿日期2 0 1 4 - 0 8 - 1 2修回日期2 0 1 5 - 0 9 - 2 0 作者简介刘翔 1 9 8 8 - ，男，湖北安陆人，硕士。 万方数据 4 2 有色金属 选矿部分2 0 1 5 年第6 期 由表1 可知，矿石中不同矿物的平均粒径间存 在较大差异，主要含钒矿物白云母的平均粒径仅为 5 ．4 1 } z m ，为使其达到单体解离，磨矿后，含钒云母与 矿泥会在细粒级富集。 3 T { 趟2 嘿 1 Q Q - 芒／g Q 绻 如勰咒如段二 20 ／ 。 图l 矿石X R D 图谱 F i g ．1 X R D p a t t e r no ft h es t o n ec o a lo r e 表2矿石的化学成分分析 T a b l e2C h e m i c a lc o m p o s i t i o no ft h es t o n ec o a lO r e ／％ 成分V 2 0 SS i 0 2 屿0 3F e ；2 0 3K 2 0N a z OC a Ou s oS 1 ℃ 含量0 ．7 14 9 ．2 88 ．9 14 ．9 9 3 ．0 2 0 ．3 86 ．2 62 ．1 83 ．8 61 3 ．4 4 注_ I ℃为总碳，由工业分析仪测得。 由表2 可知，矿石中的主要化学成分是S i O 、 A 1 2 0 3 、C a O 、C 、K 2 0 、F e 2 0 3 和V 2 0 5 ，其中V 2 0 5 的品 位为0 ．7 1 ％，高于当前普遍接受的提钒边界品位 0 ．5 ％[ _ 7 1 ，具有一定的回收利用价值，而其它元素的 含量很低，综合回收意义不大。 石煤中碳质的存在，会对脱泥结果产生较大影 响，因此需要先脱除矿样中的碳质物。湖北通山含 钒石煤，碳质与黏土矿物和泥质等浸染在一起，浮选 分离难度较大[ 8 ] 。因此，本试验采用焙烧方式脱碳。 焙烧温度7 0 0 ℃，焙烧时间9 0m i n 。 矿石经焙烧脱碳后，V O ，的品位上升至 0 ．8 2 ％，黄铁矿氧化成赤铁矿，含量为1 1 ％，方解石 部分分解，含量降至9 ％，同时黄铁矿与方解石在高 温下生成少量硬石膏。 2 脱泥试验 脱泥试验采用沉降脱泥法，试验所用药剂中，六 偏磷酸钠、碳酸钠、硫酸均为工业纯，水玻璃为实验 室配制。脱泥浓度为3 ％，脱泥粒度为一2 0p ．m ，由 斯托克斯沉降公式分析计算出所需沉降时间一J ，试 验得到的矿泥、矿砂分别过滤、烘干、称重，并分析以 计算选别指标。脱泥试验流程见图2 。 焙烧样 图2 脱泥试验流程图 F i g ．2 F l o w s b e e to fd e s l i m i n gt e s t 2 ．1 p H 条件试验 分散剂六偏磷酸钠的用量为1 ．0k g ／t ，2 0 ％ H s O 。为p H 调整剂，进行p H 条件试验，其结果见 图3 。 堡 瓣 { L 窖 赠 b 术 丑 哩 免 蛊 赠 奄 p H 图3p H 条件试验结果 F i g ．3 R e s u l t so fp Hc o n d i t i o ne x p e r i m e n t 由图3 可知，随着矿浆p H 从1 2 ．0 减小到8 ．0 ， 矿泥的V O ，的品位基本保持不变，矿泥产率先增加 后减小，且在p H 9 ．0 时，矿泥产率为最大值。对 矿泥采用N i c o l e t6 7 0 0 傅里叶变换红外光谱仪分析， 分析结果见图4 。 图4 矿石与硫酸作用前后矿泥的红外光谱 F i g ．4 I n f r a r e ds p e c t r u mo fr e a c t i o nb e t w e e n O r ea n ds u l f u r i ca c i d 万方数据 2 0 1 5 年第6 期刘翔等含钒石煤选择性脱泥富集钒的试验研究 箜 图4 所示为矿石与硫酸作用前后矿泥的红外光 谱，在矿石的红外光谱中，34 4 6c m 一和l6 3 7c m 一 附近分别对应液态水的伸缩振动和变角振动，l0 8 2 e m 一和7 9 8c m ～、7 7 9c m 一附近分别对应石英S i 一 伊s i 的反对称伸缩和对称伸缩，l4 3 0e m ～，8 7 5 e m 。1 和7 1 3e m 。1 附近分别对应为碳酸钙C O ，反对 称伸缩振动，面外弯曲振动和面内弯曲振动0 I 。与 硫酸作用后，碳酸钙C O ，反对称伸缩振动峰和面外 弯曲振动峰消失。说明硫酸与矿石表面的碳酸钙发 生了化学反应。 因此，适量硫酸的加入能提高矿泥产率的原因 可能是1 硫酸能与矿泥表面的碳酸钙发生化学反 应，减小矿泥表面的疏水性，使矿泥不易发生疏水聚 团；2 在碱性条件下，湖北通山含钒石煤中，石英、方 解石、白云母、长石等主要组成矿物表面荷负电⋯J ， 会吸附溶液中的正电离子，主要是C a 2 或者 C a O H ，但C a 2 和C a O H 在不同矿物及同种 矿物的层面与端面之间会发生优先吸附，使矿物表 面电性不同，在静电力作用下发生团聚【l2 1 ，而s o 一 的加人，能与矿物表面吸附的C a 2 发生反应，生成微 溶的硫酸钙沉淀，从而减少了矿物表面间电性的差 异，使矿物分散。但硫酸的过量加入，会使矿物表面 生成过多的硫酸钙，导致矿物沉降速度的改变。因 此，9 ．0 为最佳脱泥p H 。 为了验证以上结论，用5 ％H C l 溶液调节p H 做 了对比试验，试验条件为调节溶液p H 为9 ．0 ，分散剂 六偏磷酸钠的用量为1 ．0k r , ／t 。试验结果为H C I 调节 溶液p H ，脱泥产率为8 ．0 4 ％，低于硫酸的1 0 ．9 1 ％， V 0 5 品位为1 ．0 6 ％，与H 2 S 0 4 的l - 0 7 ％相近。说明 能与C a 2 发生化学反应的p H 调整剂H 2 S 0 4 的脱泥 效果较好。试验结果与以上结论相符。 2 ．2 分散剂条件试验 2 0 ％H 2 S O 。溶液调节p H 为9 ．0 ，分别添加水玻 璃、碳酸钠和六偏磷酸钠三种分散剂，用量均为1 ．0 k g ／t ，进行分散剂条件试验，其结果见图5 。 由图5 可知，添加水玻璃和碳酸钠后，矿泥产率 在一定程度上有所增加，效果不明显，但是添加六偏 磷酸钠后，矿泥产率显著增加，分析其原因可能是， 六偏磷酸钠除能较好地分散矿浆外，对C a 2 还具有 较强的络合作用，可将其转化为可溶性的稳定络合 物3 | ，从而减小矿物的表面电性差异，消除矿粒问 的凝聚现象。因此，最佳分散剂选择为六偏磷酸钠。 2 ．3 六偏磷酸钠用量试验 2 0 ％H 2 S 0 4 调节p H 为9 ．0 ，进行分散剂六偏磷 酸钠用量试验，其结果见图6 。 图5 分散剂条件试验 F i g ．5 R e s u l t so fd i s p e r s a n tc o n d i t i o ne x p e r i m e n t 图6 六偏磷酸钠用■试验 F i g ．6 R e s u l t so fd o s a g eo fs o d i u m h e x a m e t a p h o s p h a t ee x p e r i m e n t 由图6 可知，改变六偏磷酸钠的用量，试验结果 基本趋于稳定，但相对来说，六偏磷酸钠的用量为 1 ．0k g ／t 时，试验结果最好。 由上述试验结果可知，p H 调整剂及分散剂的种 类对脱泥结果有较大的影响，p H 调整剂选择能与矿 浆中阳离子发生反应的H S 0 4 较好，分散剂则选择分 散效果较好的六偏磷酸钠，最佳脱泥条件为H S O 。调 节p H 为9 ．0 ，六偏磷酸钠的用量为1 ．0k g ／t 。 3 脱泥产品分析 对用H S O 。调节p H 为9 ．0 ，六偏磷酸钠的用量 为1 ．0k g ／t 条件下的矿泥和矿砂采用D ／M A X ．R B 转靶x 射线衍射仪分析，分析结果见图7 。 万方数据 4 4 有色金属 选矿部分2 0 1 5 年第6 期 魁 穗 靛 霹 图7 矿泥矿砂X R D 图 F i g ．7 X R Dp a t t e r no ft h es l i m ea n do r e 由图7 分析结果可知，矿泥和矿砂的矿物组成 基本相同，但矿泥中自云母和硬石膏的衍射峰要高 于矿砂，说明硫酸钙的形成有助于含钒云母在矿泥 端的富集，及硫酸的加入，对湖北通山含钒石煤选择 性脱泥富集钒是有利的。 经过选择性脱泥后，矿泥富含钒，可直接用于湿 法提钒作业，矿砂则经过选矿“富钒降杂”，抛出部分 尾矿后，再用于湿法提钒。这样就可以大大减少后 续提钒作业的矿石的处理量，从而降低生产成本。 4 结论 1 湖北通山含钒石煤矿，钒主要富集于细粒级 的云母类矿物中，焙烧脱碳后，磨矿过程极易产生泥 化现象，且含钒云母与矿泥会在细粒级富集，可以通 过选择性脱泥使钒富集。 2 p H 调整剂及分散剂的种类对脱泥结果有较 大的影响，p H 调整剂选择为H s o ．，分散剂选择为 六偏磷酸钠，最佳脱泥条件为p H 9 ．0 、六偏磷酸钠 的用量为1 ．0k g ／t ，可得V 2 0 5 的品位为1 ．0 7 ％、产 率为1 0 ．9 1 ％的脱泥产品。 参考文献 [ 1 ] 撕Y i m i n ，B a oS h e n x u ，T a oL i u ，e ta 1 ．T h et e c h n o l o g yo f e x t r a c t i n gv a n a d i u mf r o ms t o n ec o a li nC h i n a H i s t o r y ，c u r r e n t s t a t u sa n df u t u r ep r o s p e c t s [ J ] ．H y d r o m e t a l l u r g y ，2 0 1 1 ，1 0 9 1 1 6 ．1 2 4 ． [ 2 ] 谢传理．石煤型钒矿的选矿研究[ J ] ．有色金属 选矿部 分 ，1 9 8 9 1 4 5 _ 4 6 ． [ 3 ] 边颖，张一敏，包申旭，等．含钒石煤选矿预富集技术 [ J ] ．金属矿山，2 0 1 3 9 9 4 - 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